珠江河口地形致动力结构的能耗模式和动力机制-以崖门为例

珠江河口是一个包括河网区和河口湾区的复杂动力系统。潮波和径流的能量传入河口后，在不同类型的地貌单元和小尺度动力结构作用下，形成能耗率高于平均值1到2个量级的高能耗区，改变了平均流和湍流结构。地形致动力结构对珠江河口沉积物输运、潮波性质、河口发育演变等具有特殊的重要性。本项目在前期工作基础上，针对珠江河口典型地形致动力结构- - 崖门射流结构，应用数学模型，计算能量平衡和动力场之间的相互联系；基于现场观测资料，估算平均流结构和湍流微结构的动力特征；通过理论分析，阐述珠江河口"地形- - 平均流动力结构- - 能量平衡和耗散- - 湍流能耗和湍流性质"之间的物理解释，揭示地形边界对河口能量分布和耗散，以及对河口动力过程的作用机制。本项目是一项具有创新理念的河口动力学跨学科基础研究，对于深入理解河口动力过程及其形成机制具有重要的理论意义。

珠江河口是一个包括河网区和河口湾区的复杂动力系统，地形致动力结构对珠江河口沉积物输运、潮波性质、河口发育演变等具有特殊的重要性。课题在前期工作的基础上，选取珠江河口典型的地形致动力结构——崖门射流体系，应用数学模型，计算能量平衡和动力场之间的相互联系；基于现场观测资料，估算平均流结构和湍流微结构的动力特征；通过理论分析，阐述珠江河口“地形——平均流动力结构——能量平衡和耗散——湍流能耗和湍流性质”之间的物理解释。研究成果可以深化我们对河口动力过程的认识，有助于揭示地形边界对河口能量分布和耗散，以及对河口动力过程的作用机制。经过近三年的工作，得到以下主要研究结论：（1）珠江河口存在若干高能耗区，其单位面积能耗率比上下游河段平均能耗率高1-2个量级，它们和一定的动力结构与地貌单元相联系。根据地貌特征和消能特点，可以划分为以下3 种类型：“门”的高能耗区、曲折河段高能耗区和分汊汇流高能耗区。（2）忽略斜压作用的情况下，由水位梯度所产生的正压项是崖门口主要的动力项。沿河道方向的二维垂向平均动量平衡中，急流时刻主要是正压项和对流加速度项平衡，憩流时刻主要是正压项和局地加速度项平衡；（3）在崖门口，地形变化所产生的形态阻力比床面粗糙所产生的肤面阻力要大数倍到一个数量级。（4）在河口不同区域，湍流能量平衡关系不尽相同。风浪、层化、弯道环流等河口动力过程会影响湍流一阶能量平衡；剪切生成和湍动能耗散两者的平衡关系仅在顺直河道满足较好。